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머신비전 기술 백서/카메라

한 번에 여러 이미지를 얻을 수 있는 기술이 있다구요 ? -1탄- Multifield™ 기술

by ENPIDIA (주)앤비젼 2020. 4. 16.

[카메라 기술 백서 #12] Multifield™ 기술

 

검사 대상체의 다양한 불량을 찾아내기 위해 다조건의 조명을 이용하는 경우가 많아지고 있다. 

 

다른 조명의 간섭 없이 각 조명의 이미지를 취득할 수 있는 다 조건 조명 효과 방법으로는 

1) 각 조명마다 따로 스캔하는 방법(3번 스캔 or 3set의 카메라, 렌즈, 조명 사용)

2) 조명의 순차적인 스트로빙을 이용하여 한 번에 스캔하는 방법

3) 그리고 다조건 조명 설정 시 각 조명조건의 파장을 다르게 선정하여 밴드 분리로 Multifield 이미지를 얻는 방법 등이 있다. 

 

이번 글에서는 앞에서 마지막으로 언급한 다 조건 조명 효과 방법 중 하나인 Multifield 기술에 대해 자세히 살펴보도록 하자.

 

 

Multifield 기술은 CMOS TDI 16k 센서를 Dichroic filter 코팅하여 RGB파장 별 이미지를 crosstalk 없이 얻을 수 있는 기술이다. 82mm TDI센서에 정밀하고 균일하게 dichroic 코팅을 하는 것은 매우 어려운 난이도의 제조 기술을 필요로 하고 있어서 이 기술은 다양한 공정 기술을 가지고 있는 Teledyne Dalsa사의 기술력으로 기술 상용화를 가능케 할 수 있었다.

 

간단한 용어 짚어보기

  • Dichroic filter: 빛을 파장에 따라 선택적으로 통과시키는  필터
  • TDI: Time Delay and Integration
  • Crosstalk: 특정 밴드의 빛이 다른 밴드의 센서에 감광되어 해당 밴드 영상에서 잡음 형태로 간섭을 일으키는 현상

그렇다면 머신 비전 시스템에서 Multifield 기술을 어떻게 활용할 수 있을까? 대표적으로 Multi-field Imaging을 통해 세 가지 영상을 동시에 얻을 수 있고, Color Imaging을 통해 세 가지의 컬러 영상을 얻을 수 있다.

 

1) Multi-field Imaging

보통 비전시스템을 하나의 카메라로 구성하게 되면 한번 스캔할 때  가지 영상만 얻을  있는 반면 Multifield 기술을 사용하면 한 번 스캔으로 최대 3가지의 서로 다른 조명조건 영상을 복잡한 절차 없이 R, G, B 각각 분리된 영상들을 얻을  있다는 것이 큰 장점이라고 할 수 있다.

  • 최적화된 조명을 이용하여 타 채널에 의한 color crosstalk 최소화

멀티 필드 이미징을 사용할 때 color crosstalk이 발생한다고 가정해보자. Color crosstalk가 발생한다면 각 채널 별로 원하는 이미지 이외의 다른 조명에 의한 이미지도 함께 들어오기 때문에 이미지 contrast가 떨어지는 현상이 발생할 것이다. 이 때 Multifield 기술을 적용한 카메라에 적합한 파장의 조명을 사용하면 color crosstalk을 최소화하고, 광량도 최대한 확보 가능하다. Bright field, Dark field, Back light의 세 가지 완전히 다른 조명을 사용할 수도 있고, 반사 조명 각도가 각각 다른 3가지 조명을 사용하여 한 번 스캔으로 다양한 불량을 검출할 수 있다.  

 

  • 밴드 분리 파장에 맞게 설계된 렌즈

Multifield 기술을 이용하여 모든 채널에서 제대로 포커스 된 이미지를 얻기 위해서는 파장 색수차(longitudinal, lateral color aberration)를  보정 렌즈도 함께 사용해야 한다. 이렇게 되면 동시에 획득된 영상을 카메라 단에서 3개의 band 구분하여  조명 조건에 따른 독립적 영상을 확보하여 다양한 검사가 가능하다.

색수차를 완벽 제어한  MF3  전용  Apo-Chromatic  렌즈

2) Color Imaging

Multifield 기술  하나의 쓰임새는 컬러 카메라로도 활용 가능하다는 점이다. Multifield 기술을 적용한 카메라는 기본적으로 RGB 파장대의 영상을 취득하기 때문에 16k TDI 컬러 카메라로 사용할 수 있다. 밴드 분리를 위한 dichroic coating으로 인해 일반 color filter 사용한 카메라와 다른 color responsivity 가진 컬러 카메라로 사용할  있다. Dichroic coating 처리된 prism을 사용하는 3-CCD / 3-CMOS와 유사한 컬러 성능을 보인다. 

 

RGB Color vs MF3 Color Imaing

 

위의 이미지는 일반 컬러 카메라와 Multifield 기술을 적용한 카메라의 컬러 테스트 이미지다. Yellow Green 영역의 히스토그램을 보면 R, G, B별로 crosstalk 확연히 차이 나는것을   있고, 특히 2가지 색이 섞이는 지점에서는 Multifield 기술에서 불필요한  색깔의 간섭이 없는 것을 확인할  있다. 이는 실제 타겟의 색상이 조금만 변화하더라도 Multifield 기술을 적용한 카메라에서는 RGB 컬러 비율의 차이가 발생하는 것을 의미한다 즉, 기존 컬러 라인 스캔 카메라에서 보지 못했던 특정 컬러 간 차이들을 명확히 구분할 수 있다.

일반 color Line scan vs MF3 이미지 비교

이렇게 Multifield 기술을 멀티필드 이미징으로 이용한다면 디스플레이나 배터리 등의 표면 외관 검사에서 다양하게 활용할  있다. Multifield 기술 컬러 이미징으로 사용한다면 적은 변화에도  민감하게 반응할  있기 때문에 컬러를 이용한 PCB 등의 얼룩, 이물, 불량 검사에 활용할  있다는 장점을 갖고 있다.

 

Multifield ™  기술 소개 유튜브 5분 영상입니다.  (클릭하면 넘어갑니다)

 

 

 

 

 

 

 필진 소개

 

 

연관모, James Yeon

앤비젼 Engineer


Beyond the product,

crafting a solution 

 

 

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